Received  date 2018-11-18, Revised date 2018-2-20, Accepted date 2018-2-22 https://doi.org/10.25077/ jnte.v8n1.607.2019 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License .

## Penambahan Sistem Pendingin Heatsink Untuk Optimasi Penggunaan Reflektor Pada Panel Surya
Andi Pawawoi * dan Zulfahmi Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Andalas *e-mail: andi.pawawoi@eng.unand.ac.id
Abstrak —  Alternatif  yang dapat  dipilih  untuk  meningkatkan daya  keluaran  photovoltaik  yakni  dengan menambah  intensitas  cahaya  yang  diterima  menggunakan  reflektor.  Namun  apabila  intensitas  ditambah akan  menyebabkan  kenaikan  temperatur  yang ikut  seiring  dengan peningkatan intensitas cahaya,  hal ini akan  menurunkan  daya  keluaran  photovoltaik.  Untuk  mengoptimalkan  penggunaan  reflektor  pada photovoltaik  perlu  ditambahkan  sistem  pendingin.  Tulisan  ini  bertujuan  untuk  melihat  pengaruh penambahan  sistem  pendingin Heatsink pada  photovoltaik  yang  dilengkapi  dengan  reflektor. Heatsink ditempelkan pada seluruh sisi belakang panel, dan untuk memperkecil resistansi termal, maka antara panel dan Heatsink diisi  dengan  paste  termal.  Pengamatan  dilakukan  dengan  membandingkan  2  sistem,  yaitu: sistem  photovoltaik  menggunakan  reflektor  tanpa  pendingin  dan  sistem  photovoltaik  menggunakan reflektor  yang  dilengkapi  sistem  pendingin Heatsink .  Hasilnya  menunjukkan  bahwa  bahwa  dengan penambahan sistem pendingin  photovoltaik yang dilengkapi reflektor diperoleh penurunan suhu rata-rata 18,26%  dan  peningkatan  daya  rata-rata  sebesar  10,14% dibanding  sistem    photovoltaik  yang  dilengkapi reflektor tanpa sistem pendingin.
Kata kunci: Photovoltaik, temperatur, daya, dan sistem pendingin.
Abstract — An alternative to increase photovoltaic output power is by increasing the intensity of received light  using  a  reflector.  However,  the  added  intensity  will  increase  in  the  temperature,  hence  reduce  the photovoltaic  output  power.  To  optimize  the  use  of  reflectors  in  photovoltaics,  a  cooling  system  (i.e. Heatsink) needs to be added. This paper aims to find out the effect of adding a Heatsink cooling system to photovoltaics that equipped with a reflector. Heatsink s are installed at the entire back side of the panel and filled with thermal paste. Observations were made by comparing the photovoltaic system using a reflector without  cooling  system  and  the  photovoltaic  system  using  a  reflector  equipped  with  a Heatsink cooling system.  The  results  show  that  the  photovoltaic  with  cooling  system  has  18.26%  average  temperature decrease and 10.14% average power increase if compared to a photovoltaic system equipped with a reflector without a cooling system.
Keywords: Photovoltaic, temperature, power, and cooling system.

## Pendahuluan
Pengembangan  teknologi  Pembangkit  Listrik Tenaga Surya (PLTS) mendapat banyak  perhatian dewasa  ini.  Selain  itu,  posisi  Indonesia  yang terletak  di  garis  Khatulistiwa,  dengan  penyinaran matahari  di  wilayah  Indonesia  ±  12  jam/hari menjadikan  PLTS  sebagai  solusi  menarik  untuk tuntutan kebutuhan akan listrik [1- 2].
Untuk memaksimalkan energi listrik yang dapat dihasilkan  dari  photovoltaik  biasanya  beberapa panel  dipasang    secara  seri.  Namun  untuk merealisasikan hal tersebut dibutuhkan photovoltaik  yang  tidak  sedikit,  sedangkan  harga photovoltaik  dipasaran  saat  ini  relatif  mahal,
sehingga  membutuhkan  investasi  yang  sangat besar.
Alternatif  lain  yang  dapat  dipilih  untuk meningkatkan  daya  keluaran  matahari  adalah dengan menambah intensitas cahaya yang diterima panel  dengan  menggunakan  reflekto r ,  cahaya matahari  dipantulkan  dengan  cermin  ke  panel, sehingga  intensitas  cahaya  yang  diterima  panel bisa meningkat. Namun hal tersebut menyebabkan naiknya temperatur photovoltaik yang berdampak turunnya  tegangan  output  sehingga  output  daya maksimum pun akan turun.
Upaya meningkatkan daya output photovoltaik adalah  dengan  menambahkan  sistem  pendingin, seperti pendingin dengan sirkulasi air
menggunakan pompa [3] atau  pendingin sirkulasi udara  menggunakan  blower[4].  Penggunaan Heatsink pada  photovoltaik  standar  juga  telah dilakukan [5].  Dua metode pertama dinilai kurang efektif  karena  harus  menggunakan  energi  untuk sirkulasi  air  dan  udara.    Metode  penggunaan Heatsink dengan aliran udara alami  dinilai cukup efektif  karena  sederhana  dan  tidak  memerlukan energi  tambahan.  Khusus  untuk  penggunakan sistem pendingin Heatsink pada photovoltaik yang dilengkapi  reflektor  sejauh  ini  belum  pernah dilakukan.
Optimasi penggunaan reflektor pada photovoltaik  dapat  dilakukan  dengan  mengurangi peningkatan  temperatur  permukaan  photovoltaik menggunakan  sistem  pendingin.  Tulisan  ini bertujuan  untuk  melihat  pengaruh  penambahan sistem  pendingin Heatsink aluminium  pada photovoltaik  yang  dilengkapi  reflektor  cermin. Heatsink ditempelkan    pada  bagian  belakang photovoltaik [6].

## Karakteristik Photovoltaik
Secara  sederhana  photovoltaik atau sering juga disebut  sel    surya    terdiri    dari    persambungan bahan    semikonduktor  bertipe    p    dan    n  (p-n junction  semiconductor)  yang  jika  terkena  sinar matahari  maka akan  terjadi  aliran  elektron,  aliran elektron  inilah  yang  disebut  sebagai  aliran  arus listrik [6].
Berikut  merupakan  karakteristik  dari  panel surya [6 - 8] :
a. Karakteristrik daya, karakteistik ini merupakan kurva  hasil  perkalian  arus  dan  tegangan, dibangun  dari  kurva  V-I.  Karakteristrik  daya mempelihatkan  daya  keluaran  yang  bisa diberikan oleh phtovoltaik, terdapat sebuah titik maksimum  yang  disebut Maximum  Power Point (MPP). Nilai daya pada MPP dinotasikan dengan P MPP , gambar 1.
Gambar 1. Kurva MPP terhadap  I-V
b. Karakteristrik  I-V- Irradiance ,  adalah  kurva yang  memperlihatkan  hubugan  antara  arus terhadap  tegangan  pada  suatu  nilai irradiance tertentu , gambar 2.
Gambar 2. Kurva I-V terhadap irradiance .
c. Karakteristrik  I-V-  temperatur,  adalah  kurva yang  memperlihatkan  hubungan  antara  arus terhadap  tegangan  pada  temperatur  tertentu, gambar 3.
Gambar 3. Kurva I-V terhadap temperatur.
Photovoltaik  bisa  ditingkatkan  efisiensinya dengan  cara  menambah  reflektor.  Reflektor  pada photovoltaik  berbentuk  seperti  cermin  yang
difungsikan  sebagai  pemantul  dan  pemfokus cahaya  matahari  ke  photovoltaik.  Pemantulan cahaya  matahari  akan  membuat  intensitas  cahaya matahari lebih terkonsentrasi pada panel photovoltaik sehingga energi listrik yang dikeluarkan  pada  panel  photovoltaik  menjadi semakin  besar.  Meskipun  penambahan  reflektor pada  photovoltaik  dapat  menambah  performa panel  sel  surya,  tetapi  teknik  ini  ternyata  juga memiliki kelemahan. Akibat dari pengonsentrasian intensitas  cahaya  ini  adalah  berimbas  pada peningkatan temperatur photovoltaic.  Peningkatan temperatur  ini  dapat  menurunkan  daya  keluaran yang dihasilkan panel photovoltaik [9].

## Sistem Pendingin
Sistem  pendingin  adalah  suatu sistem  yang berfungsi  untuk  menjaga  temperatur  suatu  benda dalam kondisi yang ideal dengan cara memindahkan panas dari benda tersebut ke udara. Perpindahan  panas  pada  dasarnya  merupakan akumulasi  perpindahan energi dari suatu tempat ke tempat lain. Perpindahan panas akan terjadi apabila ada perbedaan temperatur antara dua bagian benda. Panas  akan  berpindah  dari  temperatur  tinggi  ke temperatur yang lebih rendah [10].
Beberapa  sistem  pendingin  yang  umum digunakan antara lain: pendingin dengan hembusan  udara,  pendingin  dengan  aliran  air, pendingin dengan Heatsink , dan sistem pendingin yang mengkombinasikan  sistem-sistem tersebut.
Heatsink adalah  plat-plat  aluminium  atau tembaga yang dibentuk memiliki sirip-sirip untuk memperluas  bidang  sentuh  dengan  udara  atau fluida  pendingin  lainnya,  seperti  terlihat  pada gambar  4.  Sistem  pendingin Heatsink bisa diaplikasikan    tanpa  menggabungkannya  dengan sistem pendingin lain.
Gambar 4. Salah satu bentuk Heatsink dari bahan aluminium

## Metoda Penelitian
Pengamatan  dilakukan  pada    2  sistem instalasi photovoltaik yang identik, seperti terlihat pada gambar 5 dan 6. Tipe dan ukuran photovoltaik dan  reflektor  kedua  sistem  sama,  bedanya  hanya bahwa salah satu dari sistem photovoltaik tersebut ditambah/dilengkapi  dengan  sistem  pendingin Heatsink .  Masing-masing  sistem  menggunakan photovoltaik 60 WP dan 2 lembar reflektor cermin dengan lebar masing-masing sama dengan ukuran lebar  photovoltaik  65,5  cm  x  77,5  cm.  Kedua sistem  diset  untuk  bisa  mengikuti  pergerakan matahari.
Pengambilan data dilakukan secara bersamaan pada kedua sistem photovoltaik setiap 1 jam selama tiga hari cerah, dari jam 10:00 – 15:00. Setiap  pengambilan  data  dilakukan  dengan mengukur  arus,  tegangan,  temperatur  permukaan photovoltaik, dan irradiasi sinar matahari. Khusus pengambilan  data  arus  dan  tegangan,  dilakukan dengan  mengambil  11  data  output  dari  kondisi hubung  singkat  hingga  hubungan  terbuka.  Setiap pengambilan  data  ini  dilakukan  dalam  selang waktu  tidak  lebih  dari  2  menit  untuk  menghidari terjadinya  perubahan  intensitas  cahaya  matahari dan temperatur. Intensitas cahaya dipantau dengan Lux  meter.  Pengukuran  temperatur  dilakukan dengan I nfrared  Thermometer ,  alat  ini  dipilh karena  memudahkan  pengukuran  temperatur permukaan photovoltaik cukup dengan menyorotkan sinar infrared dari alat ukur ini ke permukaan photovoltaik.
Untuk  mengetahui  optimasi  penggunaan sistem  pendingin  pada  sistem  photovoltaik  yang dilengkapi  reflektor,  maka  data  P MPP dan temperatur dari kedua sistem, akan dibandingkan. Titik  daya  maksimum  (P MPP )  diperoleh  dari pengolahan  data  tegangan  dan  arus  hasil pengukuran setiap jam.

## 4.1. Sistem Pendingain Heatsink
Sistem  pendingin  yang  dipilih  adalah pendingin  menggunakan Heatsink berbahan aluminium  seperti  gambar  4,  dengan  aliran  udara alami.  Alasan  pemilihan    sistem  pendingin  ini karena mudah diaplikasikan dan tanpa membutuhkan energi untuk pendinginnya.
Heatsink ditempelkan  pada  seluruh  bagian belakang photovoltaik. Antara permukaan belakang  photovoltaik  yang  luasnya  0,51  m 2 dan Heatsink diberi paste thermal untuk meningkatkan
konduktifitas  panas  kontak  antara  kedua  bagian tersebut. Heatsink yang  digunakan  memiliki  sirip dengan  tinggi  1  cm,  tebal  sirip  0,3  cm  dan  jarak
antara sirip 0,5 cm, luas total permukaan Heatsink termasuk sirip adalah 1,08 m 2
Gambar 5. Rangkaian photovoltaik dengan reflektor cermin tanpa sistem pendingin
Gambar 6. Rangkaian photovoltaik dengan reflektor cermin dengan sistem pendingin.

## 4.2. Analisa data Keluaran
Untuk  mengetahui  rata-rata  penurunan temperature digunakan persamaan :
𝑇 𝑟𝑎𝑡𝑎 = 𝑇 2 −𝑇 1 𝑛 (1)
Untuk  mengetahuit  rata-rata  peningkatan daya output,  dihitung dengan persamaan :
𝑃 𝑟𝑎𝑡𝑎 = 𝑃 2 −𝑃 1 𝑛 (2)
Dimana :
T rata : Penurunan tempratur rata-rata ( o C) T 1 : Temperatur photovolaik dengan pendingin ( o C).
T 2 : Temperatur photovoltaik tanpa pendingin ( o C) P rata : Peningkatan daya rata-rata (W) P 1 : Daya photovoltaik tanpa pendingin(W). P 2 : Daya photovoltaik dengan pendingin(W).
Hasil dan Pembahasan

## 5.1. Hasil Pengukuran Temperatur Photovoltaik.
Hasil  pengukuran  temperatur  permukaan photovoltaik yang dilengkapi reflektor dengan dan tanpa  sistem  pendingin  selama  3  hari  percobaan, masing-masing  dari  jam  10:00  hingga  jam  15:00 diperlihatkan pada grafik gambar 6.
Gambar 6. Temperatur photovoltaik dengan dan tanpa pendingin
5.2. Daya P MPP Keluaran Photovoltaik Dengan dan Tanpa Sistem Pendingin.
Daya  P MPP keluaran  photovoltaik  yang dilengkapi  reflektor  dengan  dan  tanpa  sistem pendingin selama 3 hari percobaan, masing-masing dari  jam  10:00  hingga  jam  15:00  diperlihatkan pada grafik gambar 7.
Gambar 7. Daya P MPP keluaran photovoltaik dengan dan tanpa pendingin
10.8 12.5 13.5 12.1 8.7 9.9 0 5 10 15 0 20 40 60 80 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 se lis ih T em p era tu re (C ) Te m p era tu re (C ) Pukul Hari 1 7.5 8.6 10.9 9.8 8.8 8.7 0 5 10 15 0 10 20 30 40 50 60 70 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 se lis ih T em p era tu re (C ) Tem p erat u re (C) Pukul Hari 2 9.1 9.5 9.1 8.8 11.1 8.2 0 5 10 15 0 10 20 30 40 50 60 70 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 Sel is ih T em p erat u re (C) Te m p era tu re (C ) Pukul

## Hari 3
Kondisi Photovoltaic Dengan Heatsink (C) Kondisi Photovoltaic Tanpa Heatsink (C)
Penurunan Temperature (C)
4.02 6.72 4.64 5.6 1.28 2.56 0 2 4 6 0 20 40 60 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 Penin gka ta n Da ya (W) Day a Ou tp u t (W) Pukul Hari 1 3.62 3.9 5.22 3.25 3.35 4.3 0 1 2 3 4 5 6 0 10 20 30 40 50 60 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 Penin gka ta n Da ya (W) Day a Ou tp u t (W) Pukul Hari 2 4.32 4.8 4.88 5.64 3.97 4.31 0 1 2 3 4 5 6 0 10 20 30 40 50 60 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 Penin gka ta n Da ya (W) Day a Ou tp u t (W) Pukul

## Hari 3
Kondisi Photovoltaic Dengan Heatsink (C) Kondisi Photovoltaic Tanpa Heatsink (C) Peningkatan Daya (W)
Dari  grafik  di  atas,  daya  yang  dihasilkan  oleh photovoltaik dengan sistem pendingin lebih besar dari pada  daya  yang  dihasilkan  oleh  photovoltaik tanpa sistem pendingin.

## 5.3. Pembahasan
Penambahan pendingin pada sistem photovoltaik  yang  dilengkapi  dengan  reflektor cukup  efektif  menurunkan  temperatur  permukaan photovoltaik. Dari data hasil pengukuran selama 3 hari    sebagaimana  terlihat  pada  grafik  gambar  6 dan dengan menggunakan persamaan (1) diperoleh rata-rata  penurunan  temperatur  mencapai  9,87 o C atau  18,26%  dari  sistem  photovoltaik  tanpa pendingin. Penurunan temperatur rata-rata per hari dapat  dilhat  pada  tabel  1.  Penurunan  temperatur tertinggi tercatat 13,5 o C dan terendah 7,5 o C Sejalan dengan penurunan temperatur, daya
P MPP keluaran photovoltaik
mengalami peningkatan  yang  cukup  signifikan  .  Dengan menggunakan  persamaan  (2)  diperoleh    rata-rata peningkatan daya  P MPP selama 3 hari  sebesar 4,24 W, atau naik 10,14% dari pada sistem photovoltaik tanpa  pendingin.  Peningkatan  daya  P MPP rata-rata per hari dapat dilhat pada tabel 1. Peningkatan daya tertingi sebesar 6,72 W (17%) dan terendah 1,28 W (3%). Selang perbedaan nilai tertinggi dan terendah cukup  besar,  hal  ini  disebahkan  perubahan temperatur  permukaan  photovoltaik  lebih  lambat dibanding  perubahan  intensitas  cahaya  yang diterima.  Sebagai  contoh  bila  sesaat  sebelum pengambilan  data  intensitas  cahaya  cukup  tinggi yang  menyebabkan    temperatur  permukaan photovoltaik  cukup  tinggi  kemudian  dilakukan pengambilan  data  dan  pada  saat  itu  intensitas cahaya  berkurang  secara  cepat  namun  tidak  bisa diikuti  dengan  perubahan  temperatur  permukaan photovoltaik  yang  cepat  juga  maka  daya  ouput photovoltaik cukup rendah.
Tabel  1.  Peningkatan  daya  terhadap  penurunan temperatur  per o C
Hari Ke Peningkatan Daya (W) Penurunan Suhu (C) Peningkatan Daya per o C (W/-1 o C) 1 4,14 11,25 0,368 2 3,94 9,05 0,435 3 4,65 9,3 0,500 Rata -rata 4,24 9,87 0,434
Karena setiap data dari kedua sistem diambil pada  waktu yang sama dengan kondisi intensitas cahaya matahari yang sama, maka nilai peningkatan  daya  terhadap  setiap    penurunan temperature 1 o C (W/-1 o C) dapat diperoleh dengan membandikan  nilai  peningkatan  P MPP terhadap nilai  penurunan  temperatur  masing-masing  data. Nilai W /-1 o C rata-rata per hari dan rata-rata selama 3 hari pengamatan diperlihatkan pada tabel 1. Dari tersebut terlihat nilai W/- 1 o C mendekati nilai yang sama dengan rata-rata sebesar 0,434 W.

## KESIMPULAN
1. Optimasi  penggunaan  reflektor  cermin  pada photovoltaik  dengan  menambahkan  sistem pendingin Heatsink pada  bagian  belakang photovoltaik  cukup  efektif  mengurangi temperatur  permukaan  dan  meningkatkan daya keluaran photovoltaik
2. Rata-rata  penurunan  nilai  temperatur  pada photovoltaik  yang  dilengkapi  reflektor  dan sistem pendingin Heatsink mencapai 18,26 %. Terhadap photovoltaik dengan reflektor tanpa sistem pendingin
3. Rata-rata  peningkatan  nilai  daya  maksimum pada  photovoltaik  yang  dilengkapi  reflektor dan  sistem  pendingin Heatsink mencapai 10,14% terhadap photovoltaik dengan reflektor tanpa sistem pendingin.
4. Setiap  penurunan  temperatur  sebesar  1 o C pada  photovoltaik  yang  dilengkapi  reflektor dan    sistem  pendingin Heatsink akan meningkatkan  daya  ouput  sebesar  10,14% terhadap photovoltaik dengan reflektor tanpa sistem pendingin.

## Ucapan Terima Kasih (Acknowledgement)
Penulis bersyukur dan berterima kasih atas bantuan yang  diberikan  oleh  Jurusan  Teknik  Elektro Fakultas  Teknik  Universitas  Andalas  untuk mendanai sebagian publikasi ini melaui  DIPA FT Unand 2018, (Kontrak No 075/ UN.16.09.D / PL / 2018)
Daftar Pustaka [1] Hazlif Nazif, Muh. Imran Hamid,
Pemodelan  Dan  Simulasi  PV-Inverter Terintegrasi Ke Grid Dengan Kontrol Arus
“Ramp  Comparison  Of  Current  Control”, Jurnal Nasional Teknik Elektro, Vol: 4, No. 2, September 2015
[2] Adrianti , Evaluasi  Keandalan  Pembangkit
Listrik  Tenaga  Surya  Yang  Terhubung  Ke Grid Jurnal  Nasional  Teknik  Elektro, Vol: 5, No. 2, Juli 2016
[3] K.A. Moharram, Enhancing the performance of photovoltaic panels by water cooling, Ain Shams Engineering Journal 4, 869–877, 2013
[4] J.  Siecker , A  review  of  solar  photovoltaic systems  cooling  technologies,  Renewable and  Sustainable  Energy  Reviews,  Vol  79, 192–203, Elsevier, 2017.
[5] Cătălin  G.P,  Efficiency  improvement  of photovoltaic panels by using air cooled heat sinks,  Energy  Procedia  85,  425  –  432, Elsevier, 2016
[6] M.  dan  E.  Yohana,  Pengaruh  Suhu Permukaan  Photovoltaik  Module  50  watt peak  Terhadap  Daya  Keluaran  Yang
Dihasilkan Menggunakan Reflektor Dengan
Variasi  Sudut  Reflektor  0,  50,  60,  70,  80, Jurnal Rolasi, vol. 2, no. 4, pp. 14-18, 2010.
[7] Budi Yuwono, Optimalisasi Panel Sel Surya Dengan  Menggunakan  Sistem  Pelacak Berbasis  Mikrokontroler  T89C51 ,  FMIPA
UNS, Surakarta, 2005.
[8] Foster,Robert, dkk., Solar Energy
Renewable  Energy  and  The  Environment . Boca Rotan, CRC Press LLC, 2010.
[9] Pitts  D.  R.,  and  L.  E.  Sissom, Theory  and Problems of Heat Transfer. Second Edition , McGraw-Hill, New York, 2001.
[10] Pane,  Ali  Hasimi, Modul  Perpindahan Panas  Konduksi  Steady  State  –  One Dimensional ,  ALP  Consultant,  Medan,
2015.

## Biodata Penulis
Andi  Pawawoi ,  adalah  staf  pengajar  Jurusan Teknik  Elektro  Fakultas  Teknik  Universitas Andalas  Padang.  Lulus  Program  Sarjana  tahun 1996 pada Bidang Teknik Tenaga Listrik Jurusan Teknik  Elektro  Fakultas  Teknik  Universitas Hasanuddin. Pada tahun 2002 menyelesaikan studi program  magister  bidang  Konversi  Energi Elekttrik di ITB Bandung
Zulfahmi ,  menyelesaikan  pendidikan  Sarjana Teknik  Elektro  Universitas  Andalas  tahun  2018. Saat ini bekerja di Trafindo.